CN114981640A - 废塑料的材质判定装置 - Google Patents
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Abstract
一种废塑料的材质判定装置，包括：预处理部，使用在反射光较亮的条件下测量的第一校正用光谱和在较暗的条件下测量的第二校正用光谱，对由中红外线照相机检测出的、通过照明装置对输送机的输送路径照射的光的发射光的光谱进行校正；判定部，使用由预处理部校正的光谱对废塑料片的材质进行判别；以及臂部，在预定的基准位置与照明装置在输送路径上的照射位置之间，对用于取得第一校正用光谱和第二校正用光谱的校准板进行移动。
Description
技术领域
本公开涉及一种废塑料的材质判定装置。
背景技术
在废塑料的再处理中为了实现材料回收，寻求在拣选后的产品中混入的非对象物体较少且纯度较高。另外，在素材中包含昂贵的素材的情况下，寻求能够以不会漏过的方式对昂贵的素材进行拣选。另外，还寻求对传统上因无法区分而不得不进行热回收的黑色塑料有效地进行材质判别、拣选，以对其进行材料回收。
专利文献1中记载了对拣选对象物照射红外光并接收来自拣选对象物的反射光，并且使用基于反射光的光谱通过模式匹配的方法来对拣选对象物的树脂种类进行判定。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2018-100903号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
然而，在专利文献1等所记载的基于光谱的材质判别方法中，由于光谱的特性会因温度、经年劣化、测定位置等而产生波动，因此例如在测量位置设置白和黑的校准板并计算校正用的光谱，以使用这些校正用光谱进行光谱的校正。
然而，在该类校正用光谱的取得作业中，需要将校准板依次设置在输送机上的照射位置，并在数据取得后将其拆下。
本公开的目的在于提供一种废塑料的材质判定装置，其能够在光谱的校正中容易地进行校准板的设置、拆卸，从而能够容易地取得校正用光谱。
<用于解决问题的手段>
根据本发明的实施方式的一个观点的废塑料的材质判定装置包括：照射部，对在输送路径上输送的废塑料片照射光；反射光谱检测部，接收由所述照射部照射的光的反射光以对所述反射光的光谱进行检测；预处理部，使用在所述反射光较亮的条件下测量的第一校正用光谱和在比所述较亮的条件暗的条件下测量的第二校正用光谱，对由所述反射光谱检测部检测出的所述光谱进行校正；判定部，使用由所述预处理部校正的光谱对所述废塑料片的材质进行判别；以及移动部，在预定的基准位置与所述照射部在所述输送路径上的照射位置之间，对用于取得所述第一校正用光谱和所述第二校正用光谱的校准板进行移动。
<发明的效果>
根据本公开发明，能够提供一种废塑料的材质判定装置，其能够容易地进行光谱校正用的校准板的设置、拆卸，从而能够容易地取得校正用光谱。
附图说明
图1是示出根据实施方式的废塑料的材质判定装置的概要构成的立体图。
图2是图1所示的废塑料的材质判定装置的侧面图。
图3是图1所示的废塑料的材质判定装置的平面图。
图4是判别装置的功能框图。
图5是根据实施方式的废塑料的材质判别处理的流程图。
图6是示出校正用的光谱的提取方法的图。
图7是示出材质判定装置的操作画面的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。为了便于对说明进行理解，在各附图中尽可能针对相同的构成要素赋予相同的符号，并且省略重复的说明。
需要说明的是，在以下的说明中，x方向、y方向、z方向是相互垂直的方向。x方向和y方向是水平方向，z方向是铅垂方向。x方向是输送机2的输送路径3的输送方向。y方向是输送机2的输送路径3的宽度方向。另外，以下，为了便于说明，也有时将z正方向侧表现为上侧，将z负方向侧表现为下侧。
参照图1～图3，对根据实施方式的废塑料的材质判定装置1的概要构成进行说明。图1是示出根据实施方式的废塑料的材质判定装置1的概要构成的立体图。图2是图1所示的废塑料的材质判定装置1的侧面图。图3是图1所示的废塑料的材质判定装置1的平面图。在此，以材质判定对象的废塑料为黑色废塑料的情况，且将两种材质S1、S2(在图1～图3中用四边形和三角形的标记表示)混合的构成为例进行说明。以下，有时将两种材质S1、S2的黑色废塑料片汇总并用符号S表示。
该黑色废塑料的材质判定装置1包括作为供给部的一个示例的振动给料器8和作为输送部的一个示例的输送机2作为主要部分，振动给料器8依次供给黑色废塑料片S1、S2，输送机2对由振动给料器8供给的黑色废塑料片S1、S2进行输送。例如经由投入用料斗等向振动给料器8供给被粉碎的黑色废塑料片S1、S2。振动给料器8通过使放置有黑色废塑料片S1、S2的载置面振动，从而一边防止黑色废塑料片S1、S2彼此重叠一边将其供给到输送机2。输送机2在其上表面上具有输送路径3，并且将输送路径3上的黑色废塑料片S1、S2向远离振动给料器8的方向输送。
另外，材质判定装置1包括作为照射部的一个示例的照明装置10、作为反射光谱检测部的一个示例的中红外线照相机4、以及判别装置5作为主要部分，照明装置10对黑色废塑料片S1、S2照射红外线，中红外线照相机4对来自黑色废塑料片S1、S2的反射光谱进行检测，判别装置5基于利用中红外线照相机4检测出的反射光谱对黑色废塑料片S1、S2的材质进行识别。照明装置10具有例如卤素钨灯等作为红外线光源的灯10A(参见图6)，并且从灯10A向黑色废塑料片S1、S2照射红外线。另外，照明装置10被设置为向中红外线照相机4中射入来自黑色废塑料片S1、S2的反射光，并且相对于中红外线照相机4被设置在输送机2的流动方向的上方两侧(或上方单侧)。
例如如图1所示，1台中红外线照相机4能够横跨输送机2的宽度方向的整个区域进行测量，并且能够沿宽度方向划分为多个(例如318个)区域接收来自黑色废塑料片S1、S2的近红外线的反射光，以针对每个区域对反射光的光谱进行测量。中红外线照相机4例如由中红外线的波长区域为3μm以上的附带分光器的照相机构成。中红外线照相机4以例如230Hz的扫描频率进行测量，并且针对每次扫描将318个光谱数据发送到判别装置5。判别装置5基于从中红外线照相机4接收的318个光谱数据，将318个各个区域的材质判定结果输出到后述的喷射控制部6。
此外，材质判定装置1在输送机2的输送方向的下游侧设置有向与输送方向交叉的方向从横向或斜向喷射空气的喷嘴7。多个(例如318个)喷嘴7在输送机2的宽度方向上并排设置，各个喷嘴的动作由喷射控制部6控制。喷射控制部6根据从判别装置5接收的材质判定结果，通过从喷嘴7喷射空气或使其不喷射空气，从而将黑色废塑料片S1、S2分拣并使其落下到例如由分隔板9所划分的多个区域(例如回收用料斗等)，以对所需材质的废塑料进行收集。换言之，在本实施方式中，喷射控制部6、喷嘴7、分隔板9起到用于基于由判别装置5得到的材质判定结果从流经输送机2的输送路径3的废塑料片中收集所需材质的废塑料片的收集装置12的功能。
对材质判定装置1的动作进行说明。当例如经由投入用料斗等将粉碎后的黑色废塑料片S1、S2供给到振动给料器8时，振动给料器8一边对所供给的黑色废塑料片S1、S2施加振动一边以使其不重叠的方式将其输送到下游并供给到输送机2。
被供给到输送机2的上表面的输送路径3的黑色废塑料片S1、S2一边沿x正方向侧的输送方向被输送，一边在中红外线照相机4能够进行拍摄的位置处从照明装置10被照射红外光。中红外线照相机4接收从照明装置10发出的红外线的被黑色废塑料片S1、S2反射的反射光，并将受光结果(受光光谱的数据)输出到判别装置5。
判别装置5基于从中红外线照相机4输入的受光结果，对黑色废塑料片S1、S2的材质进行识别。需要说明的是，关于由判别装置5进行的材质判定方法的细节，稍后将参照图4～图9进行说明。判别装置5将材质识别结果输出到喷射控制部6。
喷射控制部6从多个布置的喷嘴7之中选择与材质相应的喷嘴7，对定时进行测量并发送控制信号。接收到控制信号的喷嘴7打开喷嘴口并喷射空气。通过根据判别装置5的判别结果在适当的定时从喷嘴7喷射空气，从而能够对拣选对象的材质与非拣选对象的材质进行分离和回收。
在图2、图3的示例中，输送机2上的黑色废塑料片S1遭受来自接收到控制信号的空气喷嘴7的空气，被吹落到针对每种材质设置的收集装置12中而被回收。另外，输送机2上的黑色废塑料片S2由于未遭受来自喷嘴7的空气，因此被回收到与黑色废塑料片S1不同的收集装置12中。以此方式通过喷嘴7的喷射和停止，从而能够对多种材质的黑色废塑料片按每种材质进行分拣和回收。
图7是示出材质判定装置1的操作画面的一个示例的图。图7所示的操作画面显示在例如设置在材质判定装置1的主体中的显示装置上。如图7所示，在操作画面上，列出了要拣选的塑料的材质名称，并且能够按照上述的第一***(图7中的“一次”)和第二***(图7中的“二次”)分别进行喷射以对要拣选的材质个别地进行选择。显示操作画面的显示装置例如是触摸屏，并且可以设定为通过按下“喷射选择”栏的“OFF”显示等操作而切换到“ON”显示，从而在该材质(图7中的ABS)的情况下使喷嘴7喷射空气并通过收集装置进行区分。另外，在操作画面上，也可以设置“输入原料面积比”，并根据材质判定处理的判定结果，对混合在素材中的各材质的比例进行显示。
图4是判别装置5的功能框图。如图4所示，判别装置5具有预处理部51和判定部52。
预处理部51对由中红外线照相机4检测出的黑色废塑料片S1、S2的反射光谱进行校正和加工等预处理。预处理部51例如使用在反射光较亮的条件下测量的光谱和在反射光较暗的条件下测量的光谱，对检测出的反射光谱进行校正。“较暗的条件”是指与上述“较亮条件”相比相对暗的条件。
判定部52使用由预处理部51校正的光谱对废塑料片S的材质S1、S2进行怕别。判定部52例如可以使用已知的模式匹配或机器学习算法等任意的方法，对光谱与材料之间的对应关系进行估计。
判别装置5可以在物理上构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、作为主存储装置的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)和ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、通信模块、辅助存储装置等的计算机***。图4所示的判别装置5的各个功能通过将预定的计算机软件读入到CPU或RAM等中，从而在CPU的控制下使各个硬件动作，并且对RAM中的数据进行读出和写入来实现。即，通过在计算机上执行根据本实施方式的材质判定程序，从而使判别装置5起到图4的预处理部51和判定部52的功能。
判别装置5可以是由模拟电路、数字电路或模拟/数字混合电路构成的电路。另外，可以具备对判别装置5的各个功能进行控制的控制电路。各个电路的实现可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等进行。
同样地，喷射控制部6也可以在物理上构成为包括CPU、RAM和ROM、通信模块、辅助存储装置等的计算机***，并且通过将预定的计算机软件读入到CPU或RAM等中来实现其功能。
图5是根据实施方式的废塑料的材质判别处理的流程图。图5所示的流程图的各处理由判别装置5执行。
在步骤S01中，通过预处理部51取得由中红外线照相机4得到的光谱Sorg(n，w)。在此，n是传感器数量(由中红外线照相机4在输送机2的宽度方向上划分的光谱检测区域的数量)，在传感器数量为318个的情况下，使用与各检测区域相对应的整数0～317。w是光谱的波长，在本实施方式中，在2700(nm)～5300(nm)之间以20(nm)的增量设定共计131个波长，使用与各波长相对应的整数0～130。换言之，Sorg(n，w)表示沿输送机2的宽度方向的第n个光谱检测区域中的波长w的光谱强度的数值。
在步骤S02中，通过预处理部51对在步骤S01中取得的光谱Sorg(n，w)进行校正，计算校正完成的光谱Scor(n，w)。通过该校正，从而能够对受到测定空间的水蒸气和二氧化碳的浓度变化、测量对象的黑色废塑料片S1、S2的温度、照明装置10和中红外线照相机4的经年劣化、输送机2上的位置等的影响而引起的光谱强度的特性的差异进行吸收。校正完成的光谱Scor(n，w)例如可以通过以下的式(1)来计算。
[数1]
在此，Wref(n，w)是在反射光较亮的条件下测量的第一校正用光谱。Dref(n，w)是在反射光比上述较亮的条件暗的条件下测量的第二校正用光谱。该些校正用光谱Wref(n，w)、Dref(n，w)例如可以在执行材质判别处理之前在对中红外线照相机4进行校准时提取。
图6是示出校正用的光谱Wref(n，w)、Dref(n，w)的提取方法的图。如图6所示，可以通过在输送机2的输送路径3上的中红外线照相机4的拍摄区域中，设置用于取得校正用光谱的校准板11，并对由中红外线照相机4得到的反射光的光谱进行检测，从而取得校正用的光谱Wref(n，w)、Dref(n，w)。
在反射光较亮的条件下测量的第一校正用光谱Wref(n，w)(第一光谱)的情况下，放置用于对中红外区域的所有波长进行反射的校准板11(铝、不锈钢等)，并且在将照明装置10点亮的状态下，针对所有传感器(n＝0、1、2、…、317)，取得所有波长(w＝0(2700)、1(2720)、2(2740)、…、130(5300))的数据。
在反射光较暗的条件下测量的第二校正用光谱Dref(n，w)(第二光谱)的情况下，放置用于对中红外区域的所有波长进行反射的校准板11(铝、不锈钢等)，并且在将照明装置10熄灭的状态下(或将照相机的快门关闭的状态下)，针对所有传感器(n＝0、1、2、…、317)，取得所有波长(w＝0(2700)、1(2720)、2(2740)、…、130(5300))的数据。
例如如图6中的虚线箭头所示，校准板11优选被设置为能够在取得校正用的光谱Wref(n，w)、Dref(n，w)时所布置的、输送机2的输送路径3上的中红外线照相机4的拍摄区域的位置与离开中红外线照相机4的拍摄区域或照明装置10的照射范围的待机位置之间进行移动。换言之，校准板11优选能够固定在中红外线照相机4的视野内的预定位置和视野外的预定位置，并且能够在两个预定位置之间进行移动。校准板11优选以不会因来自照明装置10的光在中红外线照相机4中发生光晕的方式，将表面的粗糙度设为与JIS B 0601-2001标准的3.2a～6.3a相当的程度，并且将表面精加工为诸如乱纹(vibration)(无方向性发纹(hairline))等在特定方向上不存在偏向的随机的表面。
另外，校准板11的厚度优选尽可能地薄，从而***尽可能地靠近输送机2的较低的位置。由此，由于校准板11的表面的高度接近实际拣选的塑料，因此能够进行精度更高的校准。另外，如果校准板11的输送方向上的宽度为灯10A对传送带(输送路径3)进行照射的宽度的4倍左右，则校准板11容易***，并且能够防止传送带因发热而损坏因而方便。另外，优选校准板11的输送方向的下游侧(即，在图6中将校准板11从中红外线照相机4的视野外移动到视野内时的前端部分)的端部的与输送机2相对的部位被削掉。由此，当将校准板11布置在从中红外线照相机4的视野内的预定位置时，能够防止校准板11与输送机2接触因而方便。
如图6所示，在本实施方式中，材质判定装置1具备臂部14(移动部)，该臂部14用于在中红外线照相机4的视野外的预定的基准位置与照明装置10在输送路径3上的照射位置之间，对用于取得校正用的光谱Wref(n，w)和Dref(n，w)的校准板11进行移动。
臂部14在其顶端部14A与校准板11连接。臂部14被构成为能够沿着以基端部14B为中心并以臂部14的延伸方向为径向时的周向转动。校准板11被设置为使接收来自照明装置10的光的主表面朝向臂部14的旋转中心。
通过以此方式利用臂部14将中红外线照相机4的校准用的校准板11设为可动式，从而在不进行校准时，能够将校准板11移动至不妨碍材质判定装置1对废塑料片的拣选的地方。另外，在进行校准时，仅通过使臂部14转动就能够将校准板11设置在预定位置，而不需要校准板11的定位和固定等作业。由此，能够容易地进行光谱校正用的校准板11的设置、拆卸，从而能够容易地取得校正用光谱。
需要说明的是，校准板11只要能够在中红外线照相机4的视野外的预定的基准位置与照明装置10在输送路径3上的照射位置之间移动即可，不限于以臂部14的方式进行转动的构成，也可以是其他的移动方法。
另外，可以在取得校正用的光谱时使输送机2停止。在此情况下，如果由于臂部14等的动作的某些故障导致校准板11未被正确地布置在中红外线照相机4的拍摄区域的位置，则由于照明装置10的红外线会使输送机2的输送路径3上的被照射红外线的部分的温度升高，并且有可能会导致烧毁或着火。因此，优选在校准板11未被固定在中红外线照相机4的视野内的情况下，设置联锁装置以不从照明装置10照射红外线。
返回图5，在步骤S03中，通过判定部52使用校正后的光谱Scor(n，w)，对废塑料片S的材质S1、S2进行判别。判定部52例如可以使用已知的模式匹配或机器学习算法等任意的方法，对光谱与材料之间的对应关系进行估计。
如图6所示，照明装置10具有作为红外线的光源的灯10A(护套加热器、碳灯、康泰尔灯(Kanthal lamp)等)、以及将灯10A的热量汇集的反射板10B(反射部)。灯10A被形成为沿输送机2的宽度方向(y方向)延伸，并且被布置为在围绕沿着y轴的轴心的所有方向上发射红外线。反射板10B以灯10A为基准被布置在输送机2的输送路径3的相反侧，沿着围绕灯10A的轴心的周向弯曲地形成，由此能够将从灯10A向输送机2的相反侧发射的红外线汇集并将其反射并发送至输送机2侧。由此，能够将由灯10A发射的红外线有效地照射到输送路径3上的废塑料片上，并且还能够更精确地对反射光谱进行检测。另外，由于反射板10B是弯曲的，因此由反射板10B反射的光能够以各种角度照射到输送路径3上的废塑料片上，并且能够减小光的照射不均。反射板10B例如由铝、不锈钢、或进行了镀铝等的部件制成。
另外，如图6所示，灯10A的周向上的周围被用于防止热辐射的罩10C覆盖。罩10C由不具有对近红光或中红光的测量造成障碍的吸收的材料、例如石英玻璃制成，并形成为以单层或双层的方式对灯10A的周围进行覆盖。由此，能够防止灯10A的无用的热辐射，从而能够将由灯10A发射的红外线高效地照射到输送路径3上的废塑料片上。
另外，可以设置冷却结构以防止灯10A的发热。例如，可以将罩10C形成为通过石英玻璃制成的管对灯10A进行覆盖，并且以使空气在管内循环的方式防止发热。
以上一边参照具体示例一边对本实施方式进行了说明。然而，本公开不限于该些具体示例。关于本领域技术人员对该些具体示例施加适当的设计变更而得到的实施方式，只要具备本公开的特征，则也包含在本公开的范围内。上述各具体示例所具备的各要素及其配置、条件、形状等不限于所例示的实施方式，也可以对其进行适当变更。只要不产生技术矛盾，则可以适当地改变上述各个具体示例所具备的各要素的组合。
虽然在上述实施方式中，以材质判定对象的废塑料为黑色废塑料S的情况为例进行了说明，但是也可以是例如红色或蓝色等其他颜色的废塑料。另外，也可以混合使用颜色不同的废塑料。
为了防止输送机2的传送带的温度升高，其可以由白色的材料构成，或者可以设置冷却结构，该冷却结构向输送机2的被灯10A照射的照射位置的背面吹送冷风或使其与被冷却的辊接触。
另外，为了避免因温度升高而造成的损坏，可以使用耐热的聚氨酯或硅酮等耐热材料作为输送机2的传送带的材质。
本国际申请以于2020年2月13日提交的日本发明专利申请第2020-022812号作为要求优先权的基础，并在本国际申请中援引日本发明专利申请第2020-022812号的全部内容。
符号说明
1 废塑料的材质判定装置；
2 输送机；
3 输送路径；
4 中红外线照相机(反射光谱检测部)；
5 判别装置；
51 预处理部；
52 判定部；
10 照明装置(照射部)；
10A 灯(光源)；
10B 反射板(反射部)；
10C 罩；
11 校准板；
14 臂部(移动部)；
S1、S2 黑色废塑料片。
Claims (4)
1.一种废塑料的材质判定装置，包括：
照射部，对在输送路径上输送的废塑料片照射光；
反射光谱检测部，接收由所述照射部照射的光的反射光以对所述反射光的光谱进行检测；
预处理部，使用在所述反射光较亮的条件下测量的第一校正用光谱和在比所述较亮的条件暗的条件下测量的第二校正用光谱，对由所述反射光谱检测部检测出的所述光谱进行校正；
判定部，使用由所述预处理部校正的光谱对所述废塑料片的材质进行判别；以及
移动部，在预定的基准位置与所述照射部在所述输送路径上的照射位置之间，对用于取得所述第一校正用光谱和所述第二校正用光谱的校准板进行移动。
2.根据权利要求1所述的废塑料的材质判定装置，其中，
所述移动部具有在顶端连接所述校准板的臂部，所述臂部被构成为能够沿着以基端为中心并以所述臂部的延伸方向为径向时的周向转动。
3.根据权利要求1或2所述的废塑料的材质判定装置，其中，
所述照射部具有
光源，在所述输送路径的宽度方向上延伸，并且在围绕延伸方向的轴心的所有方向上发射红外线；以及
反射部，以所述光源为基准被布置在所述输送路径的相反侧，并且沿着围绕所述光源的轴心的周向弯曲地形成。
4.根据权利要求3所述的废塑料的材质判定装置，其中，
所述照射部具有
罩，用于覆盖所述光源的周围，以防止热辐射。
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